Investigação e monitoramento ambientalGeotecnia Ambiental

Objetivo

�Verificar a existência de contaminação

�Determinar o grau de contaminação

�Distribuição de contaminantes no subsolo

�Determinar as propriedades mecânicas e hidráulicas dos materiais envolvidos

�Avaliar o desempenho

Ensaios geotécnicos

� Sondagens de simples reconhecimento – SPT

� Ensaios de penetração do cone

� Ensaios de palheta

� Ensaio pressiométrico

� Ensaio dilatométrico

� Parâmetros do solo

•Força;•Deslocamento;•Deformação Específica - Tensão;•Pressão Total;•Poro-Pressão;•Nível d’Água.

Instrumentação Geotécnica

�Instrumentação Geotécnica�Piezômetros�Inclinômetro�Extensômetro�Perfilômetro�Células pressão�Strain gages�Placa de recalque

Instrumentação Geotécnica

Instrumentação Geotécnica

Instrumentação Geotécnica

Recursos

Instrumentação

PiezometroPoro pressão

InclinometroDeslocamento Horizontal

Strain GagesDeformação

Célula de Pressão Total

Instrumentação Geotécnica -

PerfilômetroDeslocamento vertical

RecursosInstrumentação Geotécnica -

Instrumentação GeotécnicaInstalação e monitoramento geotécnico

Técnicas de Detecção de Contaminantes In Situ

�Tecnologias geofísicas

�Tecnologias analíticas

Tecnologias geofísicas

Métodos Campos de força Propriedades físicas

Campos principais de aplicação

Gravimétricos Campo gravitacional terrestre

Densidade Petróleo

Magnéticos Campo magnético terrestre

Suscetibilidade magnética

Mineração

Elétricos Campo elétrico natural ou campo elétrico artificial

Condutividade elétrica ou resistividade elétrica

Água subterrânea e engenharia civil

Sísmicos Campo de vibração elástica

Velocidade de propagação de ondas elásticas

Petróleo e engenharia civil

Métodos Gravimétricos

�Campo gravitacional terrestre é função de:

�Latitude

�Elevação

�Efeitos das marés

�Topografia ao redor

�Distribuição das densidades na crosta

Métodos Gravimétricos

� Irregularidades na distribuição das densidades criam distorções na gravidade;

�Gravímetro: a aceleração da gravidade é determinada ao medir-se a força necessária para equilibrar uma massa suspensa;

�Precisão: 1 parte em 1.000.000 da gravidade total da Terra

Perfil gravimétrico

Métodos Magnéticos

� Determinação da suscetibilidade magnética dos meios;

� Suscetibilidade magnética: expressa a facilidade com que os materiais se tornam magnetizados

� Para estudar as anomalias magnéticas causadas por estruturas pouco profundas, é necessário conhecer e subtrair as variações no campo magnético terrestre.

Perfil magnetométrico

Métodos Elétricos

�Grau de resistência à passagem da corrente elétrica: resistividade;

� Facilidade relativa de um fluxo elétrico atravessar um condutor: condutividade;

�Correntes circulantes: naturais ou artificiais

�Contínua, alternada, alta, média e baixa frequência, audível e de rádio.

Classificação dos métodos elétricos

Modo de aplicação da energia

Método

Correntes naturais (CC) Da polarização espontânea

Correntes artificiais (CC ou CA)

Das linhas equipotenciaisDo perfil de potencial (QQP)Da resistividade

Campo eletromagnético (CA)

GalvânicoIndutivo

Método da Eletroresistividade

�Corrente elétrica artificial induzida no terreno por dois eletrodos com o objetivo de medir o potencial gerado;

� As relações entre corrente elétrica, potencial elétrico e disposição geométrica permitem calcular a resistividade aparente.

Eletroresistividade

(ABGE, 1998)

Eletroresistividade

Resistividade aparente

�Composição mineralógica da rocha ou solo

� Estruturas e heterogeneidade da rocha

� Porcentagem de água

� Porcentagem de sais dissolvidos

�Grau de alteração da rocha

�Grau de compactação do solo

� Porosidade e permeabilidade

Mapas de resistividade

Aplicação da eletroresistividade

•posição e geometria do topo rochoso

•caracterização de estratos sedimentares

•zonas de falhas, contatos litológicos, cavidades, diques

•contraste de permeabilidade (potenciais de contaminação)

•nível do lençol freático

•direção e sentido do fluxo dos fluidos de subsuperfície

Métodos sísmicos

� Propagação de ondas elásticas, geradas artificialmente na superfície, através do meio investigado.

� Velocidade de propagação varia em função das propriedades elásticas dos solos e rochas;

� Nas interfaces, mudança de densidade, as ondas sofrem refração ou reflexão;

� Análise do tempo de percurso das ondas para cálculo das velocidades e profundidades das interfaces.

Velocidade de propagação das ondas elásticas

Aluvião 300 a 700 m/s

Arenitos 2300 a 3500 m/s

Granitos 3500 a 4500 m/s

Os métodos sísmicos são amplamente empregados na

investigação de estruturas subterrâneas

(dobras/falhas), nos projetos de barragens, estradas,

etc.

Sísmica de refração (embasamento cristalino)

meio 1 � V1

meio 2 � V2

Raio com

refração total

raio refratado

fonte de energia geofones

Raio refratado

Sísmica de reflexão diferentes camadas presentes)

meio 1 � V1

meio 2 � V2

Refletores sísmicos

fonte de energia geofones

Raio refletido

Reflexão

Conclusões� Utilidade em várias áreas:

�Projetos urbanos

�Mineração

�Transporte

�Ambiental

�Engenharia de Petróleo

� Equipamentos sofisticados, métodos de interpretação complexos

� Necessidade de correlações com métodos convencionais de investigação de campo

Tecnologias Analíticas

�Análise de vapores de mercúrio;�Biossensores;�Cromotografia a gás;�Detectores fotoionizantes;�Detectores térmicos;�Espectrometria de massa;�Espectrometria de plasma induzida por laser;�Espectrometria por infra-vermelho;� Imunoensaio;

Tecnologias Analíticas

� Fluorescência induzida por laser;� Fluorescência induzida por radiação;� Fluorescência por raio X;� Indicadores de cor;�Sensores de ondas acústicas;�Sensores químicos por fibra ótica;�Sonda com interface de membrana;�Voltímetro anodo.

O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In Situ

�Meio para atingir profundidade;

�Sensores analíticos;

�Sensores geotécnicos.

Execução

Classificação de solos

Piezocone de resistividade

� É um piezocone padrão acrescido de um módulo que permite medir continuamente a resistência a um fluxo de corrente elétrica aplicada ao solo.

� Permite detectar a presença ou estimar a concentração de certas substâncias presentes nas águas subterrâneas.

Tecnologias Analíticas Métodos Óticos

� Região dos Espectros

10 nm400 750 10.000

Raios X

Ultravioleta

Visível

Infraverm

elho

Microondas

O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In SituFabricante Equipamento Técnica de detecção Contaminante

Tri-Service SCAPS LIF POL

MS – asperção líquida VOC´s

MS – dessorção térmica VOC´s

LIBS Metais pesados

XRF Metais pesados

Fugro ROST LIF POL

Geoprobe - MIP VOC´s

Tufts University

- LIF – EEM POL

Fluorescência Induzida por Laser (LIF)

�Derivados de petróleo;

� Informações qualitativas: distribuição e extensão da pluma de contaminantes;

�VANTAGEM: coleta de dados dinâmica;

�LIMITAÇÃO: dificuldade na excitação de alguns HC

Fluorescência Induzida por Laser (LIF)

Tri-Service – SCAPS - LIF

� Sistema de Conepenetrômetro para

Análise e Caracterização Local

� LIF – Fluorescência Induzida por Laser

Fugro – ROST - LIF

� Ferramenta de Classificação Ótica

Rápida

� LIF – Fluorescência Induzida por Laser

Tufts University – LIF-EEM

� LIF – Fluorescência Induzida por Laser

� EEM – Matriz de Excitação/Emissão

Comparação Técnica LIF (Compostos Orgânicos)

FabricanteComprimento de OndaExcitação / Detecção

Detecção

Tri-Service SCAPS

FIXO (único)337 / 350-720 nm

Positiva / negativa

FugroROST

VARIÁVEL266-532 / 340-490 nm

Qualitativa (estático)

Tufts University

EEMFIXO (10 opções) 246-416 / 250-1000 nm

Qualitativa (estático)

Fluorescência por Raio X (XRF)

�Metais pesados, metais radioativos e elementos tóxicos

não metálicos;

� Informações qualitativas e quantitativas;

� VANTAGEM: zonas não saturadas e saturadas, alta

resolução;

� DESVANTAGEM: análise estática.

Fluorescência por Raio X (XRF)

Tri-Service – SCAPS – XRF

� Sistema de Conepenetrômetro para

Análise e Caracterização Local

� XRF – Fluorescência Induzida por Raio X

Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS)

�Metais Pesados;

� Informações qualitativas e quantitativas: distribuição e

extensão da pluma de contaminantes;

� VANTAGEM: alta resolução;

� LIMITAÇÃO: não atua em zona saturada.

Espectrometria

� Espectrômetro: mede a quantidade de energia luminosa absorvida em cada comprimento de onda

ESPECTRO

CO

MP

RIM

EN

TO

DE

ON

DA

GRANDEZA

Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS)

� Fonte de íons: quebra dos átomos.

Lente

Cabo de fibra ótica

Espectrômetro

Detector

Aquisição

Laser Nd:YAG

Tri-Service – SCAPS – LIBS

�Sistema de

Conepenetrômetro

para Análise e

Caracterização Local

�LIBS – Espectrometria

de Plasma Induzida por

Laser

Comparação Técnica LIBS x XRF (Metais Pesados)

Técnica DetecçãoCondição de saturação

Tri-Service SCAPS-LIBS

ppbZona não saturada

Tri-Service SCAPS-XRF

ppmZona saturada e não saturada

Espectrometria de Massa (MS)

�Contaminantes orgânicos;

�VANTAGEM: coleta em zona não saturada;

�LIMITAÇÃO: contaminação do filtro e linhas

de transferência, não permite sensores

litológicos.

Espectrometria de Massa (MS)

Espectrometria de Massa (MS) – fonte de íons

Espectrometria de Massa (MS) – fonte de íons

Tri-Service – SCAPS – MS aspersão líquida

� Sistema de Conepenetrômetro para

Análise e Caracterização Local

� MS – Espectrometria de Massa

Tri-Service – SCAPS – MS dessorção térmica

� Sistema de Conepenetrômetro para

Análise e Caracterização Local

� MS – Espectrometria de Massa

Sonda com Interface de Membrana (MIP)

�Hidrocarbonetos voláteis;

�Membrana semi-permeável;

�Cromatógrafo a gás, detectores fotoionizantes e detectores íons inflamáveis: quantificação e identificação;

�VANTAGEM: zonas saturadas e não saturadas;

�DESVANTAGEM: apenas captação.

Geoprobe – MIP

� MIP – Sonda com Interface de

Membrana

Aspersão Líquida Dessorção Térmica Sistema MIP

Característicasdo Sistema deDetecção

Consiste de um espectrômetro de massa(ITMS) com quadrupolo magnético. Os VOC são levados diretamente ao ITMS sem antes passar por separação anterior. A identificação do contaminante é feita através da relação carga/massa do íon.

Um tubo de Teflonleva os contaminantes até o sistema de detecção, que pode ser um cromatógrafo a gás ou um espectrômetro de massa.

ContaminantesDetectáveis

BTEX,tetraclorocarbono, TCE, DCE, PCE eoutros compostosclorados.

Contaminantesorgânicos voláteis emgeral.

Espécies cloradas enão cloradas, alémde DNAPL eLNAPL.